压力变送器测量结果的不确定度评定

压力变送器测量结果的不确定度评定

张鑫

国家电投青海黄河电力技术有限责任公司青海西宁810000

摘要：压力变送器的应用在很多工业生产过程中都有着相当重要的意义，在这一个过程中得到的测量结果有一定的不确定度，文章就此进行分析。

关键字：压力变送器；测量结果；不确定性

1、前言

压力变送器在应用的过程中得到的测量结果如果不能够准确的确定不确定度则会导致后续应用的过程中存在严重的问题，所以需要做好相关的评定工作。

2、概述

精密测控技术在国家经济与科技的发展中起着基础作用，在先进制造业技术领域中的应用越来越广泛，目前随着我国国民经济的飞速发展，对精密测控技术的需求和要求也越来越高，出现了许多新的测控需求。在现代化的工业生产过程中，压力是一个非常重要的参数，它决定了生产的过程是否正常进行，压力与温度、流量一起并称为工业自动化控制的三大要素。在这种背景条件下，原有的弹性元件式压力表和液体压力计已不能达到人们的使用要求。因此各种结构和原理的压力传感器涌现出来，在过程控制、压力测量等领域中起到了不容忽视的影响。目前，随着国民经济的发展，在诸如航空航天、水利水电、武器装备、汽车生产等工业领域里，对压力变送器的测控精度成型以及稳定性能提出了越来越高的要求和期望，因此对压力变送器测量结果的研究具有十分重要的意义和应用价值。我们以输出信号为电流值的压力变送器为例，按照JJG882-2004《压力变送器检定规程》和JJF1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》的要求进行评定，我使用Const273智能数字压力校验仪通过比较法直接对其进行测量，使用FLUKE8808A数字多用表采集压力变送器输出的电流信号。被测压力变送器的压力测量范围为（0~6）MPa，电流输出范围为（4~20）mA，准确度等级0.2级。将压力标准器和被测变送器安装在同一校验台上，在整个压力量程的范围内均匀的选取5个压力点进行测量，进行6次独立性测量。

3、不确定度来源及分析

压力传感器电流输出的多次重复性测量所引起的不确定分量，对压力传感器做6次独立重复性测量，具体数据见下表：FLUKE8808A数字多用表的分辨力是0.0001mA，其引入的不确定度分度为0.000029mA，由于数字多用表分辨力引入的不确定度分量远小于重复性引入的不确定分量，因此在合成标准不确定时对不考虑分辨力引入的不确定度。数字多用表示值误差引起的不确定度分量。由数字多用表的检定证书中查出，直流信号测量部分的示值误差为±（0.02%RD+0.0003%FS），各个测量点示值误差分别为7.2043mA，10.4072mA，13.6090mA，16.8104mA，20.0136mA。在评定时选取示值误差的最大值，压力变送器的最大输出电流去20mA，即最大允许误差为±0.0046mA。那么有数字多用表所引起的不确定度分量为0.0023mA。Const273智能数字压力校验仪引入的标准不确定度分量由Const273智能数字压力校验仪的测量证书中查出，压力部分的示值误差为±0.01%RD，输出的最大压力值为6MPa，那么最大允许误差为±0.06MPa。压力控制器自带温度补偿和修正，因此环境温度的影响可以忽略不计。能数字压力校验仪压力部分引入的不确定分量为0.03MPa，压力控制器与被测变送器参考平面高度引入的不确定度分量：测量数字压力控制器和压力变送器参考平面的高度差为5mm，按均分布处理，则为0.00007kPa。合成标准不确定度。由于被测压力变送器的示值标准不确定度和数字压力控制器示值标准不确定度是相互独立的，按照不确定不传播定律。

4、不确定度的确定

测量不确定度是对测量结果可能误差的度量，也是定量说明测量结果质量好坏的一个参数。表征合理赋予测量之值的分散性，与测量结果相联系的参数称为测量不确定度。不确定度可以是标准差或其倍数，或是说明了置信水准的区间半宽，即被测量之值可能的分布区间。当各分量彼此不相关时方和根法合成，否则应考虑加入相关项。为了消除国际间科研合作和经济贸易过程中的测量壁垒，使得各国按统一的规则进行测量结果的比较，取得相互的认可，达成共识，因此国际组织和各国的计量部门都十分重视被测量不确定度的评定方法和表示方法的统一，并受到了各国政府的高度重视。对现场一块0.5级、量程（0～1）MPa的压力变送器进行现场检测并对测量结果进行了不确定度的分析评定。（环境温度：28℃相对湿度：50%）计算如下：通过分析得出：由于测量误差的存在，被测量值的不能肯定的程度为不确定度，其表明该结果的可信赖程度。它是测量结果质量的指标。不确定度越小，所述结果与被测的真值愈接近，质量越高，其使用价值越高；不确定度越大，测量结果的质量越低，水平越低，其使用价值也越低。Ure=0.48%（k=2）一方面便于使用这台压力变送器的人评定其可靠性，另一方面也增强了测量结果之间的可比性。通过对班多水电站技术供水两台编号为：C011、C013；型號为：1151的压力变送器进行一年的数据监测（每月检定一次，检定12次，每次6组数据），对检定数据（绘制曲线图）进行对比分析，给出仪器不同时间、不同季节、不同温湿度条件下的测量性能、稳定度及准确度情况，给使用者提供合理使用仪器建议根据自身仪器情况制定检定计划。两台压力变送器允许误差均为±0.16mA，下面为检定数据随时间变化曲线图。通过编号：C011、C013压力变送器检定数据随时间（12个月，每月一组数据）变化曲线图可直观看出：两台压力变送器在不同月份的测量数据（平均值）有一定的变化，其中11-2月4个月份数据距标准值（16.8mA）偏低，7-9月3个月份数据距标准值（16.8mA）偏高，但均未超差且符合标定的准确度等级。如果仪器使用者想要得到更加准确的变送器实验数据，我们可以根据实际情况给出全年的或某时间段的检定数据和随时间变化曲线图。也可根据曲线图确定容易超差的时间段进行压力仪器的定期检定校准工作，使得压力仪器保持良好的测量性能、得到的数据更加准确可靠。现场压力变送器检定结果进行不确定度分析是至关重要的，其表征现场复杂情况对测量结果可信性、有效性的怀疑程度或不肯定程度的影响，对标准器及配套设备的选定、环境条件限定等都息息相关。根据压力仪器仪表使用者的需求，量身制定根据实际情况许求的检定计划，给出全年的或某时间段的检定数据和随时间变化曲线图是很有意义的。使用者可根据曲线图确定容易超差的时间段，有针对性的设定压力仪器的检定校准时间，使得压力仪器保持良好的工作性能、其得到的数据更加准确可靠，也可直观的观测压力仪器的稳定性。使用现场压力校准仪在生产和工作现场对压力仪表、压力变送器及压力测量控制系统进行校准的数据能够代表生产和工作现场真实运行的情况，减少和避免了环境及工作条件不同而引起的误差，提高了检定和校准的准确度，保证了生产产品的质量，并且提高了工作效率。

对现场压力变送器检定结果进行不确定度分析也是至关重要的，其表征现场复杂情况对测量结果可信性、有效性的怀疑程度或不肯定程度的影响，对标准器及配套设备的选定、环境条件限定等都息息相关。

5、结束语

不确定度的评定现在已经相对成熟，压力变送器的测量结果进行这一评定的时候则需要采取针对性的措施精准确定不确定度。

参考文献

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